一种用于指导设备-支撑系统抗震设计的方法技术方案

本发明专利技术一种用于指导设备

【技术实现步骤摘要】
一种用于指导设备
‑
支撑系统抗震设计的方法
[0001]本申请是申请日为2018年7月4日、申请号为2018107227885、专利技术名称为“一种基于弹簧
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质量模型的用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及抗震设计
，具体涉及一种基于弹簧
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质量模型的用于指导设备
‑
支撑系统抗震设计的方法。

技术介绍

[0003]对于设备的抗震鉴定，可以采用分析方法、试验方法、相似法、地震经验数据法，也可以采用上述方法的组合进行推理论证。但是，无论采用何种抗震鉴定方法，地震的模拟都是其中必不可少的一个环节，且地震模拟的准确性直接关系到设备抗震鉴定的合理性。对于不直接安装于地板、而是采用支撑结构的设备，在仅以设备为研究对象的情况下(例如，安装于基座或管道的设备)，设备的抗震鉴定一般采用如下方法确定地震输入：
[0004](1)若设备的固有频率低于地震波截止频率，选取设备的上一楼层响应谱作为地震输入，以期包络支撑结构(例如，设备基座)对设备地震响应的影响。
[0005](2)若设备的固有频率大于地震波截止频率，采用静力法计算设备地震响应时，地震载荷的等效静力由如下确定方法：
[0006](a)采用适用的设备技术规格书中所给出的包络加速度；
[0007](b)设备上一楼层响应谱零周期加速度(ZPA)；
[0008](c)对于多自由度部件，当部件模型简单时，可以采用设备上一楼层响应谱上大于等于设备基频的频段所对应的谱值的最大值的1.5倍。
[0009]有支撑结构的设备，其地震载荷传递路径，首先是厂房，然后是支撑结构，最后是设备。因此，就设备抗震鉴定而言，需要考虑厂房、支撑和设备三者共同的作用。根据GB50267
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1997《核电厂抗震设计规范》，在核电厂的抗震设计中，主体结构可作为主体系，其它被支承的结构、系统和部件可作为子体系。针对厂房、支撑(包括基座)和设备三者划分主体系与子体系，宜将厂房作为主体系，支撑和设备作为子体系。这是基于以下考虑，其一，支撑和设备相对于厂房为局部结构，其二，支撑和设备的振动特性，尤其是与厂房直接相连的支撑结构的振动特性与厂房的振动特性相去甚远，其三，在厂房的楼层响应谱中主要体现的是厂房整体的振动特性，并没有体现支撑结构(例如，基座)的振动特性，故而将支撑和设备视为相对于厂房的子体系。一般而言，设备和支撑的质量之和远小于厂房的质量，即满足子体系与主体系质量比小于0.01的解耦条件，因此，设备和支撑可以独立于厂房开展抗震鉴定，同时将厂房传递的地震载荷通过厂房的楼层响应谱来体现。
[0010]在核电厂采购设备时，一般是通过设备技术规格书、设备采购技术规范，向设备生产厂家对设备提出抗震要求。对于地震载荷以楼层响应谱形式给出的设备，若设备并非安装于楼层地板上，而是安装于支撑上，由于支撑结构自身在地震下会产生一定的变形，支撑
与设备连接处和支撑与地板连接处的地震响应势必会有差别。因而，NB/T 20036.2
‑
2011《核电厂能动机械设备鉴定第2部分：抗震鉴定》在“地震模拟”一节对地震输入提出要求，“应针对安装设备的基础、楼层或系统确定输入地震”。即，在做具有支撑结构的设备抗震鉴定时，要求针对支撑结构确定设备的地震输入。
[0011]但是对于安装于支撑结构的设备，在抗震鉴定时若不以设备和支撑结构为整体，而仅仅以设备为分析对象时，现有方法无法量化支撑对设备响应的影响，更加无法界定影响程度。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供一种基于弹簧
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质量模型的用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法，其通过建立设备有支撑模型和无支撑模型，量化支撑对设备响应的影响，从而可用于指导设备
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支撑系统抗震设计。
[0013]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于弹簧
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质量模型的用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法，包括如下步骤：
[0014](1)将设备及其支撑简化为具有两个自由度的第一弹簧
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质量系统；将不存在所述支撑时的所述设备简化为单自由度的第二弹簧
‑
质量系统；
[0015](2)求得所述第一弹簧
‑
质量系统的振动方程，采用正则阵型矩阵Ψ作为坐标变换矩阵，求得所述第一弹簧
‑
质量系统中设备
‑
支撑系统的两个固有频率，以及与每个模态对应的响应，采用SRSS方法进行模态组合，求得所述第一弹簧
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质量系统中设备的位移响应和加速度响应；
[0016](3)求得所述第二弹簧
‑
质量系统的振动方程，在已知地面地震加速度响应谱时，通过响应谱地震载荷进行动力分析得到所述第二弹簧
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质量系统中设备的位移响应和加速度响应；
[0017](4)针对所述第一弹簧
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质量系统，求得设备及支撑构成的系统其固有频率与设备固有频率的偏离量Δ1以及设备及支撑构成的系统其固有频率与支撑固有频率的偏离量Δ2；
[0018](5)将所述第一弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应与所述第二弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应的比值量化支撑对设备位移响应的影响，得到支撑对设备的位移响应的影响系数R
x
；
[0019](6)将所述第一弹簧
‑
质量系统中设备的加速度响应与所述第二弹簧
‑
质量系统中设备的加速度响应的比值量化支撑对设备位移响应的影响；得到支撑对设备的加速度响应的影响系数R
a
；
[0020](7)根据所述Δ1、Δ2、R
x
和R
a
指导设备
‑
支撑系统的抗震设计。
[0021]进一步的，所述第一弹簧
‑
质量系统的振动方程为：
[0022][0023]其中，
[0024][0025]m1为设备的质量，k1为设备的刚度，x1为所述第一弹簧
‑
质量系统中设备相对于地
面的位移；
[0026]m2为支撑的质量，k2为支撑的刚度，x2为所述第一弹簧
‑
质量系统中支撑相对于地面的位移；
[0027]x
g
为地震作用下地面的位移；
[0028]所述第二弹簧
‑
质量系统的振动方程为：
[0029][0030]或另写为
[0031][0032]其中，
[0033]x3为所述第二弹簧
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质量系统中设备相对于地面的位移。
[0034]进一步的，所述第一弹簧
‑
质量系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于指导设备
‑
支撑系统抗震设计的方法，其特征在于，包括如下步骤：将设备及其支撑简化为具有两个自由度的第一弹簧
‑
质量系统；求得所述第一弹簧
‑
质量系统的振动方程，并求得所述第一弹簧
‑
质量系统中设备
‑
支撑系统的两个固有频率，以及与每个模态对应的响应，进行模态组合，求得所述第一弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应和加速度响应；将不存在所述支撑时的所述设备简化为单自由度的第二弹簧
‑
质量系统；求得所述第二弹簧
‑
质量系统的振动方程，并得到所述第二弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应和加速度响应；将所述第一弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应与所述第二弹簧
‑
质量系统中设备的位移响应的比值量化支撑对设备位移响应的影响，得到支撑对设备的位移响应的影响系数R
x
；将所述第一弹簧
‑
质量系统中设备的加速度响应与所述第二弹簧
‑
质量系统中设备的加速度响应的比值量化支撑对设备位移响应的影响；得到支撑对设备的加速度响应的影响系数R
a
；根据所述R
x
和R
a
指导设备
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支撑系统的抗震设计。2.根据权利要求1所述的一种用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：针对所述第一弹簧
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质量系统，求得设备及支撑构成的系统其固有频率与设备固有频率的偏离量Δ1以及设备及支撑构成的系统其固有频率与支撑固有频率的偏离量Δ2；并根据所述Δ1和Δ2指导设备
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支撑系统的抗震设计。3.根据权利要求1所述的一种用于指导设备
‑
支撑系统抗震设计的方法，其特征在于，所述第一弹簧
‑
质量系统中设备
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支撑系统的两个固有频率为根据所述的第一弹簧
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质量系统的振动方程，并采用正则阵型矩阵作为坐标变换矩阵求得。4.根据权利要求3所述的一种基于弹簧
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质量模型的用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法，其特征在于，所述第一弹簧
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质量系统的振动方程为：其中，m1为设备的质量，k1为设备的刚度，x1为所述第一弹簧
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质量系统中设备相对于地面的位移；m2为支撑的质量，k2为支撑的刚度，x2为所述第一弹簧
‑
质量系统中支撑相对于地面的位移；x
g
为地震作用下地面的位移。5.根据权利要求4所述的一种用于指导设备
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支撑系统抗震设计的方法，其特征在于，与每个模态对应的响应通过如下步骤得到：求解所述第一弹簧
‑
质量系统的振动方程：令
可以得到该系统的固有频率ω
s
；令ω
s1
和ω
s2
为上式的两个解，即设备
‑
支撑系统的两个固有频率；由于上式中因此，ω
s1
≠ω
s2

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓惠，张攀，那福利，高泉源，周拥辉，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：